邻近地铁车站基坑开挖位移传递规律数值模拟

上海地铁8号线人民广场站是个平行换乘车站,车站基坑紧邻地铁1号线人民广场站开挖。监测数据说明,随着基坑开挖,地铁车站背向基坑倾斜。通过有限差分法数值模拟,得到了邻近大刚度地铁车站的基坑开挖位移场的位移传递规律,并对其规律进行了分析,结果表明,大刚度地铁车站的存在对基坑开挖的位移场具有很大的影响：（1）对基坑变形的遮拦作用,从而减小了支护结构的变形;（2）隔断了坑周土层的位移传递路径,使得土体位移场发生变化,促使地下建筑物背向基坑方向倾斜。     

深置矩形刚性基础承载特性的理想弹塑性分析

当前主导控制变形的基础工程设计方法，必然要求合理地计算基础的荷载与位移关系。针对这类问题，现存的许多基于线弹性理论的解答或计算图表的作用显然是非常有限的，而复杂的数值方法又不便于工程应用。为分析深置矩形刚性基础的承载特性，笔者利用Mindlin位移解，考虑地基土的有限压缩层深度，提出了一种简单的理想弹塑性计算方法，用于分析基础的沉降、基底的压力分布、基础的荷载-沉降关系及其影响因素。结果表明，矩形刚性基础的埋置深度在适当的范围内能有效降低基础的沉降；当基底土屈服时，塑性区由短边边缘向中央开展，即基底地基承载力的发挥程度是不一致的。     

有限二维饱和多孔介质因载荷诱发Biot固结的解析解

推导了有限矩形区域饱和多孔介质因表面载荷诱发的Biot固结的一个解析解。假设多孔介质为均匀各向同性和线弹性,并被单相流体所饱和;控制方程组采用不可压缩多孔介质模型;孔隙压力场采用狄利克雷边界条件,上下表面位移场符合物理边界,而左右侧面位移场边界条件则由人为特别给定。利用有限正余弦变换和拉普拉斯变换及数值反演获得了物理空间孔隙压力场和位移场的半解析解,其体现为双重级数和的封闭形式。最后以某软黏土层平面应变固结为例,利用有限元分析软件ABAQUS对所给出的解析解进行了验证,同时基于该解析解考察了孔隙压力场和位移场的时空演化规律。所给出的解析解可用于深入分析有限二维饱和多孔介质的流-固耦合力学行为。     

有限变形应变与裂隙网络渗透系数耦合模型

根据有限变形力学理论,编制了弹性均质岩层在采矿影响下位移和应变的有限元计算程序,并根据岩层位移可改变裂隙宽度,进而引起裂隙渗透系数变化的思路,实现了有限变形应变与裂隙网络渗透系数的耦合分析,并就一个采矿引起顶板岩层裂隙渗透系数变化的模型进行了分析计算。结果表明,纵向裂隙的渗透系数增大约４倍,而在不考虑顶板岩层离层的情况下,横向裂隙的渗透系数减少约４倍。可见顶板岩层的变形对裂隙网络的渗透系数有显著的     

三层层状介质中的多导波模式及其频散和位移特征

采用传递矩阵法求解三层均匀各向同性的层状弹性固体介质中瑞利波频散曲线及自由表面的垂直位移强度，对不同情形下多导波模式的频散曲线和位移曲线特征进行了理论和数值模拟研究。声源中心频率变化时的计算结果表明，位移的激发强度与声波的频率存在密切的关系；数值模拟结果表明，在不同模型情况下接收到的导波模式是不同的。因此，在对野外勘探中，震源频率的选择和资料解释应引起注意。     

半无限平面问题的相对位移

通过Flamant和Melan的解析解答、Mindlin解答的积分蜕化公式以及有限元数值分析计算结果,展示了在半无限平面问题中线荷载作用方向位移解答的不确定性。线荷载作用方向没有绝对位移,只有相对位移,但相对位移会随着与位移约束参考点距离的增大而增大,或随着线荷载在垂直于半平面方向分布长度的增大而增大,不具收敛性。这意味着,在解析和数值分析中,纯粹的半平面问题的位移解答具有多值性,因此,将岩土工程问题作为半空间问题进行分析是必要的。     

复杂应力状态下土质高边坡稳定性分析

结合现有的实际滑坡场地,开展了关中盆地黄土塬边的高边坡稳定性研究。基于弹塑性理论和非关联流动法则,根据双剪统一强度理论,建立了双剪统一弹塑性本构模型的显式有限差分格式。针对陕西省泾阳县南塬高边坡滑坡的现场勘测和室内试验,分析了滑坡的规模和滑坡前后的地形特征。在此基础上,还原了滑坡前的边坡地形概状,建立三维计算模型并运用三维拉格朗日有限差分方法分析了中间主应力对高边坡稳定性的影响;然后考虑中间主应力的影响对不同地下水埋深和渗流时边坡的稳定性进行分析。结果表明,考虑中间主应力情况下,随着地下水位升高,坡顶水平向位移增大;当不考虑渗流时,坡顶水平位移增大到一定值后边坡达到稳定状态,而考虑渗流时坡顶水平位移持续增大,并且容易发生突然的破坏失稳。期望对泾阳南塬滑坡群的破坏机制研究提供一定参考。     

多层地基中PCC水平荷载桩的数值解

针对目前多层地基中水平荷载桩计算方法存在的问题,提出了一种基于弹性力学理论,根据桩-土应力应变关系,借助于变分原理和最小势能原理导出桩身位移控制方程,利用有限差分法对方程进行解答的方法,并编制了全桩位移和内力计算程序。算例结果表明,该方法分别同试验结果和有限元计算结果吻合较好,较现行地基系数法具有较高的计算精度和计算效率,对现浇混凝土大直径水平荷载管桩（PCC）的设计计算和分析具有一定的指导意义。     

基于高性能有限单元的单桩稳定性分析法

现行的桩基设计方法主要基于线弹性理论及采用半经验假定,难以准确地检验长桩在土体非线性条件下的稳定性。基于非线性有限单元分析理论,提出了高性能桩单元分析法用于非线性分析,可直接检验单桩稳定性且无需假定桩的计算长度系数。在桩单元推导过程中,通过整合在单元内部的连续弹簧以考虑土-结构相互作用（SSI）,能够大幅提升计算效率。使用牛顿-拉夫逊迭代法进行迭代运算,利用推导的相应单元切线刚度矩阵预测位移,并通过割线关系减少每一步迭代中产生的误差,在桩的大变形条件下采用更新拉格朗日法确定平衡条件。算例验证表明,桩单元模型在考虑土体非线性条件下,能高效、可靠地对单桩进行分析和设计。     

一种三维位移反分析的有限单元法

论述了一种三维位移反分析的有限单元法，包括对初始地应力参数的直接求解法，以及对其他力学特征参数的优化求解法，二者结合起来可应用于地下工程施工过程中的全部反分析工作。     

油气储层有限变形转动场及其裂缝发育区预测——以塔里木盆地大庆区块下古生界碳酸盐岩为例

应用有限变形力学理论，建立了油气储层变形位移函数，给出了一种新的恢复储层变形初始位形的方法，实现了储层构造变形应变一转动分离，并以平衡整旋角（θ）的梯度作为基本特征量，研究了塔里木盆地大庆区块碳酸盐岩储层有限变形转动场分布；依据局部转动和介质非协调转动产生断裂的思想，对碳酸盐岩储层裂缝发育区进行预测，取得了令人满意的结果。     

埕岛地区古生界构造有限变形研究

该文将有限变形理论应用到埕岛地区古生界构造变形研究中。在基本构造特征和构造演化历史分析的基础上,将变形过程人为分解,建立了位移函数,计算了该地区古生界底面各点变形过程中位移矢量在东西、南北和铅垂方向的分量,定量描述了地质构造的变形特征,并分析了位移分量与构造活动期的对应关系。      

系统分析在滑坡位移分析中的应用

将沓间序列分析理论和系统分析理论相结合。通过对影响滑坡位移各因素的系统建模，定量分析呼影响因素与滑坡位移的关系，为滑坡的合理整治提供依据。     

线性分布基床系数弹性地基梁有限单元法改进

弹性地基梁法常用于研究土和结构的相互作用,对于均布荷载和边界条件简单的弹地基梁,采用理论解即可方便地进行计算。侧向荷载作用下桩体、嵌入式挡墙一般根据弹性地基梁理论进行分析,并假定基床系数随深度增加。对于基床系数呈线性分布或呈均匀分布但边界条件复杂的弹性地基梁理论求解困难,通常采用有限差分法或有限单元法近似求解。采用有限单元法计算线性分布基床系数弹性地基梁时,若单元划分数量不够,就存在计算精度不足的问题。采用加权余量法推导了更为精确的2节点5次位移函数和相应的单刚矩阵,得出了线性分布荷载作用下挠度的5次多项式近似解,从而实现只需划分很少的单元数,节点位移及单元内位移的分布即可达到较高的计算精度,极大地提高了计算效率,单元内力的分布可直接由位移函数导出,简化了后处理计算程序。     

粤北新洲推覆体三维有限应变的分形特征

在岩石有限应变测量和三维有限应变分析的基础上，应用分形几何理论研究三维有限应变这一复杂现象。认为各推覆片体付林参数分维值无明显差异；应变强度分维值则后缘小，前缘大。应变强度分维值差异主要与应变类型有关。     

考虑接缝影响的地下综合管廊振动台模型试验

地下综合管廊属于浅埋狭长型结构，变形缝存在较为普遍，而在地震荷载作用下，其会对地下结构的振动响应产生一定影响，但是目前针对该问题的研究却十分有限。基于振动台模型试验并考虑接缝的影响，开展了不同波形、不同峰值加速度地震波激励下的综合管廊地震响应特征研究，对场地加速度、动土压力以及管廊结构加速度、位移、动应变和弯矩等响应进行了测试和分析。试验结果表明：管廊振动主要受周边土体影响，接缝截面边墙在地震过程中与土体发生脱离，但管廊结构整体性保持良好；管廊接缝在强震下位移较小，不会发生大变形破坏；强震作用下动土压力分布呈非线性特征；接缝截面在地震中受到的弯矩作用小于中部截面，对抗震性能有利。     

求梁位移的比拟梁法

有多种方法求梁的位移，如积分法、叠加法、初参数方程法、其轭梁法、有限差分法、奇异函数法和莫尔“面积-力矩”法等等，其大都具有或计算复杂或依赖各种不同的图表等特点。提出比拟梁法，试图开辟一个新的路径，即以记忆少量系数迭到计算同样问题而过程又相对较简单之目的。由挠曲线连续性出发，从平面几何角度观察了欲求挠度和转角的关系，发现其可表示成谓之为比拟梁法的自由端挠度的函数。建立的公式表明，其优点是在无法查表情况下便当算出梁位移。当多个荷载同时作用时，则此法优势明显。     

自重体积力作用下弹性体位移与尺寸间非线性关系的推导

本文用相似理论推导了线弹性体在自重体积力作用下原型与模型间的位移关系式。根据对这个关系式讨论的结果, 以及对竖直立柱自重压缩问题的解析, 得到了位移与尺寸间的非线性关系。     

基坑开挖对下方既有盾构隧道影响的实测与分析

对基坑开挖影响下方既有盾构隧道的机制进行了理论分析。收集了14个国内基坑工程实例,对实测数据进行了统计分析,结果表明：盾构隧道的最大竖向位移均为隆起,且有64%的隧道隆起值超过报警值(10 mm),提出了隧道最大隆起值的经验预测公式;隧道水平向位移较少量测,实测值较小;收敛变形由“水平向拉伸、竖向压缩”向“水平向压缩、竖向拉伸”转变。基于杭州市延安路某地下过街通道工程,研究了基坑开挖对下方地铁1号线盾构隧道变形的影响,对隧道竖向位移、水平向位移以及水平向收敛的实测数据进行了分析,其结果验证了理论分析和计算公式的可靠性。     

大位移井悬链线剖面设计的数值计算

悬链线剖面是大位移井轨道的经典类型,在进行设计时需要求解一个以悬链线初始井斜角为未知数的非线性方程。由于未知数包含在多个三角函数和对数函数中,计算工作量较大,而且常用的迭代求解方法存在一些问题。通过数学变换将该方程转换成一个只包含对数函数和多项式函数的新方程,对新方程的函数性态做了几何分析,进而提出了寻找求解区间的步长搜索算法和自适应步长搜索算法。利用二分法在求解区间上能够快速求出新方程的数值解。利用大位移井设计实例验证了本文算法的有效性,并对圆弧井段井眼曲率与方程解的关系进行了讨论。本文提出的算法可用于大位移井轨道设计的计算机软件开发中。